CN208672999U - 一种保偏稀土掺杂光纤放大器 - Google Patents

Abstract

一种保偏稀土掺杂光纤放大器，涉及光纤放大器技术领域，其结构包括用于连接保偏输入光和保偏输出光的保偏光纤环形器、单模波分复用器、单模隔离器、泵浦光源、稀土掺杂光纤和光纤法拉第旋转镜，保偏光纤环形器的输出端口连接单模波分复用器的输入口，单模波分复用器该输入口还通过单模隔离器连接泵浦光源，单模波分复用器的输出口连接稀土掺杂光纤的首段，稀土掺杂光纤的尾端连接法拉第旋转镜，本实用新型能够实现单偏振的保偏光放大，而且还能够支持全偏振的保偏光放大，能用于需要单偏振保持和全偏振保持的光放大链路中，且成本低。

Description

一种保偏稀土掺杂光纤放大器

技术领域

本实用新型涉及光纤放大器技术领域，特别是涉及一种保偏稀土掺杂光纤放大器。

背景技术

稀土掺杂光纤放大器技术常被用于高增益、宽带宽、低噪声、低损耗的全光放大，而且它的传输线路耦合损耗低、对传输信号的格式和比特率透明性强等优点，是新一代光纤通信系统中必不可少的关键器件；同时在光纤传感技术蓬勃发展的今天，长距离，大范围的光纤传感网络中也不可或缺的需要用到稀土掺杂光纤放大器，如，石油管线，高压电网，输气管道、通信光缆等基础设施的安全监测中都会用稀土掺杂光纤放大器来弥补光纤线路的损耗，以及提高信号光的大小，提高信号探测的灵敏度。在通信系统和传感系统中存在一些对光偏振态保持有要求的特殊运用中，就需要用到保偏稀土掺杂光纤放大器，比如高速的相干光通信，光相干时需要保持两束光的偏振态一致；以及利用偏振态来进行传感测量的光纤传感系统中，需要要求光源的偏振态不变。

在现有技术中，为了获得具偏振稳定输出的放大器，即保偏放大器，通常采用保偏掺铒光纤来实现。保偏掺铒光纤的采用，提高了光纤放大器的成本，导致这种放大器价格显著高于普通的光纤放大器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种保偏稀土掺杂光纤放大器，该保偏稀土掺杂光纤放大器的成本较低。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

提供一种保偏稀土掺杂光纤放大器，包括用于连接保偏输入光和保偏输出光的保偏光纤环形器、单模波分复用器、单模隔离器、泵浦光源、稀土掺杂光纤和光纤法拉第旋转镜，保偏光纤环形器的输出端口连接单模波分复用器的输入口，单模波分复用器该输入口还通过单模隔离器连接泵浦光源，单模波分复用器的输出口连接稀土掺杂光纤的首段，稀土掺杂光纤的尾端连接法拉第旋转镜。

其中，所述单模波分复用器为单模80/1550nm波分复用器。

其中，所述偏光环形器采用结型带线结构的偏光环形器。

其中，所述偏光环形器包括底座、吸收电阻、固定板、三个磁石、两个铁氧体旋转片、中心导体和盖板，所述吸收电阻放置于底座上，所述三个磁石均匀分布在固定板上，所述固定板放置于吸收电阻上，第一个铁氧体旋转片放置于三个磁石上，中心导体放置于第一个铁氧体旋转片上，第二个铁氧体旋转片放置于中心导体上，盖板放置于第二个铁氧体旋转片上。

其中，所述光纤法拉第旋转镜包括在同一轴线上依次设置的光纤头、准直器、法拉第旋转器和反射镜。

其中，所述光纤法拉第旋转镜包括在同一轴线上依次设置的光纤头、准直器、法拉第旋转器和反射镜。

其中，所述单模隔离器包括依次设置在同一轴线上的第一光纤准直器、第一楔角片、法拉第旋转器、第二楔角片和第二光纤准直器，有一个磁环设于第一楔角片、法拉第旋转器和第二楔角片三者的外部，磁环位于该轴线上。

本实用新型的有益效果：本实用新型的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，包括用于连接保偏输入光和保偏输出光的保偏光纤环形器、单模波分复用器、单模隔离器、泵浦光源、稀土掺杂光纤和光纤法拉第旋转镜，保偏光纤环形器的输出端口连接单模波分复用器的输入口，单模波分复用器该输入口还通过单模隔离器连接泵浦光源，单模波分复用器的输出口连接稀土掺杂光纤的首段，稀土掺杂光纤的尾端连接法拉第旋转镜，本实用新型能够实现单偏振的保偏光放大，而且还能够支持全偏振的保偏光放大，能用于需要单偏振保持和全偏振保持的光放大链路中，且成本低。

附图说明

利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的一种保偏稀土掺杂光纤放大器的原理示意图。

图2是本实用新型的保偏光纤环形器的结构示意图。

图3是本实用新型的单模隔离器的结构示意图。

图4是本实用新型的法拉第旋转镜的结构示意图。

图中包括有：

稀土掺杂光纤2，法拉第旋转镜3，保偏光纤环形器6，单模80/1550nm波分复用器8，980nm泵浦光源9，单模隔离器10，

底座61、吸收电阻62、固定板63、磁石64、铁氧体旋转片65、中心导体66、盖板67，

磁环21、第一光纤准直器25、第一楔角片23、法拉第旋转器22、第二楔角片24、第二光纤准直器26，

光纤头101、准直器102、法拉第旋转器12、反射镜13。

具体实施方式

结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。

本实施例的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，如图1所示，包括保偏光纤环形器6，单模80/1550nm波分复用器8，980nm泵浦光源9，单模隔离器10，稀土掺杂光纤2，法拉第旋转镜3。

具体连接方式为，保偏光纤环形器6的6c端口连接单模80/1550nm波分复用器(WDM)8，单模WDM连接泵浦光源9(泵浦光源后面接有单模隔离器10)和稀土掺杂光纤2，最后稀土掺杂光纤2尾端连接法拉第旋转镜3。输入光由保偏光纤环形器6的6a端口输入，依次经过路径6-8-2-3，在法拉第旋转镜3处偏振态旋转90°，然后反向依次经过路径为3-2-8-6，到达保偏光纤环形器6，此时由于保偏光纤环形器6的特性，输出光只能由6b端口输出，此时光的偏振态与输入光偏振态夹角为90°，输出时通过保偏光纤与保偏光纤环形器6连接时不同角度对轴来选择输出光沿着保偏光纤长轴传输，通过对轴使得光在输入和输出时的偏振态都是沿着保偏光纤长轴传输的，这样就使得光输入和输出的偏振态是一样的。

本实施例能够实现单偏振的保偏光放大，而且还能够支持全偏振的保偏光放大，能用于需要单偏振保持和全偏振保持的光放大链路中，且成本低。

具体的，所述偏光环形器采用结型带线结构的偏光环形器。

如图2所示，所述偏光环形器包括底座61、吸收电阻62、固定板63、三个磁石64、两个铁氧体旋转片65、中心导体66和盖板67，所述吸收电阻62放置于底座61上，所述三个磁石64均匀分布在固定板63上，所述固定板63放置于吸收电阻62上，第一个铁氧体旋转片65放置于三个磁石64上，中心导体66放置于第一个铁氧体旋转片65上，第二个铁氧体旋转片65放置于中心导体66上，盖板67放置于第二个铁氧体旋转片65上。

以下对偏光环形器进行具体说明。

偏光环形器是将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。偏光环形器是有数个端的非可逆器件。其显著特点为能够单向传输高频信号能量，分为微光学光纤、电子环形器，在隔离器、双工器、反射放大器中有良好的应用。

定义：

偏光环形器将进入其任一端口的入射波，按照由静偏磁场确定的方向顺序传入下一个端口的多端口器件。

偏光环形器是有数个端的非可逆器件。比如：从1端口输入信号，信号只能从2端口输出，同样，从2端口输入的信号只能从3端口输出，以此类推，故称作偏光环形器。

特点及应用：

偏光环形器又叫隔离器的突出特点是单向传输高频信号能量。它控制电磁波沿某一环行方向传输。这种单向传输高频信号能量的特性，多用于高频功率放大器的输出端与负载之间,起到各自独立,互相“隔离”的作用。负载阻抗在变化甚至开路或短路的情况下都不影响功放的工作状态,从而保护了功率放大器。

原理：偏光环形器单向传输的原理，是由于采用了铁氧体旋磁材料。这种材料在外加高频波场与恒定直流磁场共同作用下，产生旋磁特性(又称张量磁导率特性)。正是这种旋磁特性，使在铁氧体中传播的电磁波发生极化的旋转(法拉第效应)，以及电磁波能量强烈吸收(铁磁共振)，正是利用这个旋磁现象，制作出结型隔离器、偏光环形器。它具有体积小、频带宽、插损小等特点，因而应用十分广泛。

结构：采用结型带线结构，双Y形中心导体66置于两片旋磁铁氧体样品之间，组成样品结，在样品结周围各置三片磁石64，使整个样品结产生一均匀恒定的磁场。隔离器、偏光环形器端口由带线转为同轴线，通过正确的设计它，可使样品结和同轴线有良好的匹配，满足隔离器、偏光环形器各种性能的要求，当在负载失配的情况下，反射能量将沿着蓝线所标的方向流到外接的吸收电阻62上，能量被电阻所吸收。

波分复用器(WDM)是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束，沿着单根光纤传输；在接收端再用某种方法，将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号，每一路信号都由某种特定波长的光来传送，这就是一个波长信道。

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用(frequency-division multiplexing,FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分,光倍道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。

光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常,由于光链路中使用波分复用设备后,光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长11,l2通过同一光纤传送时,在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。

如图3所示，所述单模隔离器10包括依次设置在同一轴线上的第一光纤准直器25、第一楔角片23、法拉第旋转器22、第二楔角片24和第二光纤准直器26，一磁环21设于第一楔角片23、法拉第旋转器22和第二楔角片24三者的外部，磁环21位于该轴线上。

单模隔离器，属于光隔离器，是一种只允许单向光通过的无源光器件，其工作原理是基于法拉第旋转的非互易性。通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离。光隔离器主要利用磁光晶体的法拉第效应。光隔离器的特性是：正向插入损耗低，反向隔离度高，回波损耗高。光隔离器是允许光向一个方向通过而阻止向相反方向通过的无源器件，作用是对光的方向进行限制，使光只能单方向传输，通过光纤回波反射的光能够被光隔离器很好的隔离，提高光波传输效率。

它的作用是防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。例如，在半导体激光源和光传输系统之间安装一个光隔离器，可以在很大程度上减少反射光对光源的光谱输出功率稳定性产生的不良影响。在高速直接调制、直接检测光纤通信系统中，后向传输光会产生附加噪声，使系统的性能劣化，这也需要光隔离器来消除。在光纤放大器中的掺杂光纤的两端装上光隔离器，可以提高光纤放大器的工作稳定性，如果没有它，后向反射光将进入信号源(激光器)中，引起信号源的剧烈波动。在相干光长距离光纤通信系统中，每隔一段距离安装一个光隔离器，可以减少受激布里渊散射引起的功率损失。因此，光隔离器在光纤通信、光信息处理系统、光纤传感以及精密光学测量系统中具有重要的作用。

光隔离器的特点是高隔离度、低插损；高可靠性、高稳定性；极低的偏振相关损耗和偏振模色散。

如图4所示，所述光纤法拉第旋转镜3包括在同一轴线上依次设置的光纤头101、准直器102、法拉第旋转器12和反射镜13。

法拉第旋转镜：利用法拉第效应可以使光的偏振状态旋转的装置。

法拉第旋转镜是一种磁光装置，光在处于磁场中的透明介质中传播。磁场方向与光束传播方向相同或者相反。如果光是某一方向的线偏振光，那么光通过介质时偏振方向不断的发生变化。总的旋转角为β：β＝V B L，

其中V是材料的维尔德常数，B为磁通量(传播方向上的)，L是介质的长度。维尔德常数是与波长密切相关的，波长越长，常数越小。

偏振方向的变化只与磁场方向和维尔德常数的符号有关。如果线偏振光先通过法拉第旋转镜，经过反射镜后又重新通过法拉第旋转镜，那么旋转角度为单次通过时旋转角的二倍，而不是相互抵消。这一非互易性质使法拉第旋转镜与波片和偏振器区别开来。

要理解偏振态旋转的物理意义，可以将线偏振光看成两个圆偏振光的叠加。磁场使两圆偏振光产生相速度差。而相对相移则对应于线偏振光方向的变化。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种保偏稀土掺杂光纤放大器，其特征在于：包括用于连接保偏输入光和保偏输出光的保偏光纤环形器、单模波分复用器、单模隔离器、泵浦光源、稀土掺杂光纤和光纤法拉第旋转镜，保偏光纤环形器的输出端口连接单模波分复用器的输入口，单模波分复用器该输入口还通过单模隔离器连接泵浦光源，单模波分复用器的输出口连接稀土掺杂光纤的首段，稀土掺杂光纤的尾端连接法拉第旋转镜。

2.如权利要求1所述的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，其特征在于：所述单模波分复用器为单模80/1550nm波分复用器。

3.如权利要求1所述的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，其特征在于：所述偏光环形器采用结型带线结构的偏光环形器。

4.如权利要求3所述的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，其特征在于：所述偏光环形器包括底座、吸收电阻、固定板、三个磁石、两个铁氧体旋转片、中心导体和盖板，所述吸收电阻放置于底座上，所述三个磁石均匀分布在固定板上，所述固定板放置于吸收电阻上，第一个铁氧体旋转片放置于三个磁石上，中心导体放置于第一个铁氧体旋转片上，第二个铁氧体旋转片放置于中心导体上，盖板放置于第二个铁氧体旋转片上。

5.如权利要求1所述的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，其特征在于：所述光纤法拉第旋转镜包括在同一轴线上依次设置的光纤头、准直器、法拉第旋转器和反射镜。

6.如权利要求1所述的一种保偏稀土掺杂光纤放大器，其特征在于：所述单模隔离器包括依次设置在同一轴线上的第一光纤准直器、第一楔角片、法拉第旋转器、第二楔角片和第二光纤准直器，有一个磁环设于第一楔角片、法拉第旋转器和第二楔角片三者的外部，磁环位于该轴线上。